用于控制平面网络中的冗余连接的控制设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种控制设备，该控制设备具有集成交换机，并且被配置为逻辑上启用和禁用集成交换机的以太网端口。还公开了一种由至少两个现场设备、主控制设备和主交换机、辅控制设备和辅交换机组成的设备网络，该至少两个现场设备、主控制设备和主交换机、辅控制设备和辅交换机以菊花链环路拓扑连接。并且其中，辅控制设备被配置为逻辑上启用和禁用辅交换机的以太网端口。还公开了由这种设备网络组成的平面网络。还公开了一种用于控制平面网络中的冗余连接的方法，该方法包括：检测主控制设备的故障，发起故障转移，启用辅交换机的以太网端口，以及禁用主交换机的以太网端口。

【技术实现步骤摘要】
用于控制平面网络中的冗余连接的控制设备和方法
本专利技术涉及一种用于控制平面网络中的冗余连接的方法以及实现这种控制的系统架构。
技术介绍
工业自动化系统被提供来执行、控制和监督工业过程。这些自动化系统从多个设备构建而成，诸如可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController，PLC)、可编程自动化控制器(ProgrammableAutomationController，PAC)、输入/输出设备(I/O设备)、现场设备(例如，传感器和致动器)，这些设备经由运行技术OT网络(即工业设备网络)、使用工业协议(诸如Modbus、ODVA以太网/IP、Profinet等)互连。这种自动化系统还通常连接到企业信息技术IT网络，即控制室网络，控制室网络使用TCP/IP和以太网IEEE802.3上的公共IT协议来与例如ERP系统或其他数据管理系统交换数据和信号。通常从控制室来结合和监督这些工业自动化系统和企业系统。参考图1，示出了配置100的第一示例，其中控制室网络110与工业设备网络120连接。控制室网络110包括主计算机系统111和层2交换机112。设备网络包括两个现场设备123、124、主PLC121、辅PLC122、以及层2交换机125。PLC121、122和现场设备123、124以菊花链环路拓扑(daisychainlooptopology)连接。在图中由方形端口和电缆链路指示。辅PLC122是在主PLC121发生故障的情况下出于冗余度的原因而提供的，并且旨在促进控制系统的高可用性。除了用于在网络内交换数据的连接之外，两个PLC121、122还经由专用链路128连接以处理故障转移(failover)。设备网络120使用已知的工业协议之一，诸如Modbus，而控制网络110使用IEEE802.3以太网上的公共IT协议。对于控制网络110的交换机112和设备网络的交换机125之间的连接，使用以太网协议。交换机125然后提供设备网络120内的通信。由于两个PLC是同一菊花链的一部分，所以交换机125提供环路检测以防止其中通信消息被连续转发的所谓的广播风暴。如现场设备123的端口中的黑色X所示。一般来说，交换机在OSI模型的层2运行，并且配备有多个端口以用于在局域网LAN内的各种设备之间提供连接。各种协议可用于通过IEEE802.3(通常称为以太网)传输消息。因此，交换机的端口可以被称为以太网端口。使用仅交换机互连的图1的配置通常被称为平面网络架构，其具有提供透明度和易于控制管理的益处。没有分层结构，并且也没有用于路由流量的装置。图1的配置100的缺点在于，网络之间只有一个连接，并且在不增加复杂性以解决路由需求的情况下，不能增加用于提高冗余度的进一步连接。参考图2，示出了配置200的第二示例，其中控制网络210与设备网络220连接。同样，控制网络210包括主计算机系统211和交换机212。设备网络包括两个现场设备223、224、主PLC221和辅PLC222。PLC221、222和现场设备223、224以菊花链环路拓扑连接。同样，为了促进控制系统的高可用性，在主PLC221发生故障的情况下，出于冗余度的原因而提供辅PLC222。并且两个PLC121、122经由专用链路228进一步链接以处理故障转移。设备网络中不存在交换机，并且主PLC221和辅PLC222独立地连接到控制室交换机212，增加了冗余度水平并减少了所需的设备数量。在这种配置中，现在需要在交换机212中提供环路检测，以防止广播风暴。因此，这需要交换机212提供环路检测，诸如例如，通过生成树协议STP(SpanningTreeProtocol)来提供。生成树协议旨在通过禁用不是树的部分的链路来为以太网网络创建无环路逻辑拓扑。然而，这带来了不必要的复杂性和成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是在平面网络架构中提供设备网络和控制网络之间的冗余连接。根据本专利技术，该目的是通过提供一种包括至少两个现场设备、主控制设备和主交换机、辅控制设备和辅交换机的设备网络来实现的，该至少两个现场设备、主控制设备和主交换机、辅控制设备和辅交换机以菊花链环路拓扑连接。并且其中，辅控制设备被配置为逻辑上启用和禁用辅交换机的以太网端口。根据一个方面，提供了一种由所公开的设备网络和控制室网络组成的平面网络，该控制室网络包括主计算机系统的和具有至少两个以太网端口的控制室交换机。并且其中，主交换机的以太网端口和辅交换机的以太网端口分别连接到控制室交换机的至少两个以太网端口。根据另一方面，提供了一种具有集成交换机的控制设备，并且其中，该控制设备被配置为逻辑上启用和禁用集成交换机的以太网端口。根据又一方面，提供了一种用于控制平面网络中的冗余连接的方法，该方法包括：检测主控制设备的故障、发起故障转移、启用辅交换机的以太网端口以及禁用主交换机的以太网端口。参考附图，本专利技术的特定实施例的进一步的目的、方面、效果和细节将在以下对多个示例性实施例的详细描述中描述。附图说明仅作为示例，将参考附图描述本公开的实施例，其中：图1示意性示出了平面网络配置的现有技术示例；图2示意性示出了平面网络配置的另一现有技术示例；图3示出了根据本专利技术的平面网络配置的示例；和图4示出了根据本专利技术的方法的示例。具体实施方式参考图3，示出了根据本专利技术的IT-OT配置300的示例。IT-OT配置300包括控制网络310和设备网络320。控制网络310包括主计算机系统311和层2交换机312。设备网络包括两个现场设备323、324、主PLC321和主交换机326、以及辅PLC322和辅交换机327。在该示例中，交换机被示为独立的设备，在其他示例中，它们可以分别集成在主PLC321和辅PLC322内。主PLC321和交换机326、辅PLC322和交换机327、以及现场设备323、324以菊花链环路拓扑连接。除了用于控制网络的连接之外，PLC还通过专用连接328连接，诸如基于冗余点对点光纤的连接、背板总线、专有以太网链路或现场总线。辅PLC322是在主PLC321发生故障的情况下出于冗余度的原因而提供的，并且旨在促进控制系统的高可用性。这被称为具有热备用(hot-standby)配置的高可用性系统，意味着两个PLC321、322都通电，但是只有一个实际执行应用程序。在主PLC321发生故障的情况下，将发起故障转移过程，以使辅PLC322接管应用程序的执行。故障的检测可以包括使用例如心跳信号(heartbeatsignal)或其他已知手段来监控运行。此外，在正常运行期间，主PLC321的活动数据通常与辅PLC322交换，以确保辅PLC322能够在故障转移时立即接管应用程序的执行。在图3的示例中，高可用性系统被认为是热备用的，因为冗余PLC已经在运行并且被提供有当前有效的数据。在其他示例中，配置可以是例如在故障转移的情况下首先需要为冗余PLC实现数据的温备用(warm-standby)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备网络，包括：/n至少两个现场设备(323，324)；/n主控制设备(321)和主交换机(326)；/n辅控制设备(322)和辅交换机(327)；/n其中，所述主控制设备(321)和主交换机(326)、辅控制设备(322)和辅交换机(327)以及至少两个现场设备(323，324)以菊花链环路拓扑连接；并且/n其中，所述辅控制设备(322)被配置为逻辑上启用和禁用所述辅交换机(327)的以太网端口(327a)。/n

【技术特征摘要】
20190130 EP 19305111.71.一种设备网络，包括：
至少两个现场设备(323，324)；
主控制设备(321)和主交换机(326)；
辅控制设备(322)和辅交换机(327)；
其中，所述主控制设备(321)和主交换机(326)、辅控制设备(322)和辅交换机(327)以及至少两个现场设备(323，324)以菊花链环路拓扑连接；并且
其中，所述辅控制设备(322)被配置为逻辑上启用和禁用所述辅交换机(327)的以太网端口(327a)。


2.根据权利要求1所述的设备网络，其中，所述主控制设备(321)被配置为逻辑上启用和禁用所述主交换机(326)的以太网端口(326a)。


3.根据权利要求1或2所述的设备网络，其中，所述主交换机和所述辅交换机各自连接到控制室网络(310)的交换机。


4.根据前述权利要求中任一项所述的设备网络，其中，所述辅控制设备和/或主控制设备(322，321)被配置为经由基于端口的网络访问控制协议来逻辑上启用和禁用以太网端口(327a，326a)。


5.根据前述权利要求中任一项所述的设备网络，其中，所述辅控制设备和/或主控制设备(322，321)被配置为经由用于远程配置网络装备的专有协议来逻辑上启用和禁用以太网端口(327a，326a)。


6.根据权利要求5所述的设备网络，其中，用于远程配置网络装备的所述专有协议包括用于传输命令和/或配置设定的以太网帧。


7.根据前述权利要求中任一项所述的设备网络，其中，所述辅交换机(327)被集成在所述辅控制设备(322)中；和/或
其中，所述主交换机(326)被集成在所述主控制设备(321)中。


8.根据前述权利要求中任一项所述的设备网络，其中，所述主交换机和辅交换机(326，327)被集成在所述辅控制设备或主控制设备(322，321)中。


9.根据权利要求7或8所述的设备网络，其中，所述辅控制设备和/或主控制设备(322，321)被配置为写入集成交换机的I...

【专利技术属性】
技术研发人员：JJ阿德拉尼亚，K巴比尔，A布鲁克，A埃罗吉劳，F加西亚马丁，Y比谢，
申请(专利权)人：施耐德电器工业公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR